В статье предлагаются способы выбора конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности в сетях низкого напряжения. Также рассмотрены вопросы того, как правильно осуществить подбор установки УКРМ по кВАр.
Если абстрагироваться от маркетинговых инсинуаций, используемых и торговыми компаниями, и производителями для увеличения продаж, следует отметить, что подбор установки УКРМ по кВАр может быть выполнен только скрупулезными расчетами на основании пакета данных, полученных в результате профессионального энергоаудита с анализом сети по значительному числу параметров.
Ядро такого пакета данных составляет информация о месте присоединения, топологии сети, наличии/отсутствии электроприемников 6-10 кВ, синхронных двигателей, протяженности, характеристиках, токах кабельных линий, активной и реактивной мощности в пиковую загрузку объекта и в период минимального энергопотребления, суточного графика загрузки, установленного электросетевой компанией коэффициента мощности (реактивной мощности) на границе балансового разграничения, наличии, частоте и амплитуде гармонических возмущений.
В целом это вполне объяснимо, поскольку:
- при наличии в сети высоковольтной нагрузки может быть целесообразной компенсация по стороне высшего напряжения, а при интеграции УКРМ в сеть по стороне менее 1 кВ придется учитывать необходимость трансфера реактивной мощности из сети 6-10 кВ;
- синхронные двигатели генерируют реактивную мощность, которую нужно учитывать при подборе установки УКРМ по кВАр для исключения рисков перекомпенсации;
- топология сети и распределение нелинейных нагрузок позволяют определить оптимальное место для проведения анализа сети и интеграции УКРМ, а при групповой, смешанной и, тем более, индивидуальной компенсации мощность и цена установки меньше;
- кабельные/воздушные линии и сетей 6-10 кВ, и до 1 кВ характеризуются индуктивным сопротивлением и емкостной проводимостью, т. е. могут как генерировать, так и потреблять реактивную мощность (в зависимости от рабочего тока, напряжения, конструктивных особенностей), а значит при большой длине линий они будут влиять на баланс мощности в сети и это следует учитывать;
- без графика суточного потребления сложно точно подобрать дискретность ступеней установки по кВАр, а, следовательно, и снизить амплитуды наброса токов при пере- или недокомпенсации во время коммутации;
- фактическое потребление реактивной энергии в часы пик позволит выйти на общий объем кВАр установки, а в период спада нагрузки — определить возможность использования недорогой неавтоматической УК (или конденсаторной батареи) для «срезания» постоянного (фонового) наброса индуктивных токов;
- от фактического уровня питающего напряжения зависит емкость конденсаторов в батареях и, соответственно, объемы генерируемой мощности (𝑄=𝑈2⋅𝜔⋅𝐶 — чем ниже напряжение, тем меньше генерация);
- четкая картина по гармоническим возмущениям в сети (или на участке) дает возможность правильно подобрать, как пассивный фильтр для исключения резонанса емкости УКРМ и индуктивности нагрузки, так и активный фильтр гармоник (АФГ), позволяющий очистить сеть выше места подключения от гармонических искажений и т.д.;
- Подбор установки УКРМ по кВАр с помощью всевозможных калькуляторов, по таблицам от производителей соотношений cosj и tgj до и после интеграции УКРМ и даже по опросным листам большинства компаний-сборщиков предельно не точный и достаточно далекий от принципа «не навреди».
Причем потеря денег на излишки кВАр не является главной проблемой — ситуация может стать критической в случае неправильного подбора УКРМ по дискретности, способам компенсации, регулирования и коммутации, когда набросы в сеть индуктивных или емкостных токов (соответственно при недо- или перекомпенсации) приведут к скачкам или провалам напряжения, нарушениям производственно-технологических процессов, быстрому износу оборудования, кабелей, авариям.
Хотя, если те же таблицы-калькуляторы используются для превентивной оценки финансовой нагрузки на бюджет предприятия, то это нормально с психологической точки зрения — de facto смета по индивидуальному проекту компенсации реактивной мощности будет меньше.
В условиях перехода на «цифровые» сети с автоматическим управлением «интеллектуальными» системами (вернее — программно-аппаратных комплексом) подбор установки УКРМ по кВАр стоит выполнять совместно с выбором технических средств для локализации источников гармонических возмущений, а сами УКРМ 100 кВАр и т.п. должны быть быстродействующими на тиристорных ключах с управлением контроллером — на полупроводниках и с возможностью адаптации к сетям Profibus (или Modbus), а также Industrial Ethernet.
И здесь не стоит слушать продающих менеджеров о возможности согласования релейных УКРМ 100 кВАр или других, с полупроводниковыми контроллерами, — скорость, число коммутаций электромеханических и вакуумных контакторов в силовом блоке на порядки меньше, чем у тиристорных ключей, а оперативность реагирования на управляющие сигналы с программно-аппаратного комплекса является одним из ключевых критериев пригодности устройства для цифровой сети.
Как правильно осуществить подбор установки УКРМ по кВАр
Если конденсаторная установка УКРМ нужна не для «галочки», а для максимально эффективного и долгосрочного решения проблемы перетоков реактивной мощности, то важно понимать:
- несмотря на типичность сетевых архитектур многих объектов, построенных по типовым проектам, каждая силовая сеть индивидуальна по фактическим нагрузкам, параметрам качества электроэнергии, режиму эксплуатации, износу оборудования, кабелей и т. д., а значит любая модернизация, в том числе, с подбором установки УКРМ по кВАр, АФГ, пассивных фильтров гармоник и пр. должна проходить на базе целевого и профессионального проектирования;
- качество проекта интеграции в силовую сеть, а особенно нового (цифрового) поколения УКРМТ, АФГ зависит от объема и достоверности исходных данных, которые реально получить только с помощью энергетического аудита объекта с анализом емкого пакета электрических параметров сети (в целом и в точке подключения);
- в связи с цифровизацией сетей релейные установки УКРМ «уходят в небытие» и поэтому в проекты модернизации разумно закладывать быстродействующие тиристорные УКРМТ;
- снизить сметную стоимость проектов интеграции установок УКРМТ, пассивных и активных фильтров гармоник (АФГ) при цифровизации силовой сети можно, если проектировать место подключения максимально ближе к нагрузке/группе нагрузок и использовать пакетные решения (УКРМТ+АФГ, АФГ+L-C-фильтр, УКРМТ+АФГ+L-C-фильтр);
Правильный подбор установки УКРМ по кВАр не может быть одномоментным — это сложная процедура со скрупулезными расчетами на базе данных анализа силовой сети и должна выполняться исключительно профессионалами в этой сфере деятельности.